外文翻譯--高速帶式輸送機的設計

1、<p><b>　　附件A</b></p><p>　　高速帶式輸送機的設計</p><p>　　G. Lodewijks，荷蘭</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文主要探討高速帶式輸送機設計方面的問題。帶式輸送機的輸送量取決于輸送帶的速度、傳送帶寬度和托輥槽

2、形角。 然而輸送帶速度的選擇又受到各種實際條件的限制，在本文有這方面的討論。 輸送帶速度也影響傳送帶的性能，例如它的能源消耗和它連續(xù)運行的穩(wěn)定性。 一種計算輸送帶的能源消耗的方法就是通過考慮運輸過程中的各種能量損耗來進行估算的。 輸送帶速度的不同使得安全系數的要求也各不相同，這也影響輸送帶所要求的強度。一種新的計算輸送帶速度對安全系數的影響的方法在本文中被介紹。 最后，輸送帶速度的沖擊對各組成部分的選擇和對中轉站設計的影響也在本文中被討

3、論。</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　過去的研究已經證實使用窄帶輸送機的經濟可行性，輸送帶的速度變快要求輸送帶的寬度隨之變寬，低速輸送機適于長距離輸送。 例如圖[1] - [5]。 現在，傳送帶以8 m/s的速度運行是沒有問題的。 無論怎樣，輸送帶速度在10m/s到20 m/s在技術上是(動態(tài)地)可行的，并且也許在經濟上也是可行的。

4、本文將輸送帶速度在10和20 m/s之間的定義為高速。輸送帶速度在10m/s之下的定義為低速。使用高速輸送帶的目的并不在于它本身。 如果使用高速輸送帶不是經濟上有利，或則，如果安全和可靠的操作沒有保證的，那么就應該選擇低速輸送帶。</p><p>　　輸送帶速度的選擇是總的設計過程的一部分。 靜態(tài)或穩(wěn)定的設計方法決定了帶式輸送機的優(yōu)化設計。 在這些設計方法中輸送帶被認為是剛性的，靜止的。 這增加了輸送機穩(wěn)定運行的

5、質量和也決定了帶式輸送機各零部件的尺寸。 穩(wěn)定操作包括傳送帶穩(wěn)定運行時的張力、相對各種物料載荷的能量消耗和相關的工作環(huán)境情況。 應該體會到找到最優(yōu)的設計不是一次性的努力，而是一個反復的過程[6]。</p><p>　　優(yōu)化設計，開始于優(yōu)化的決心，終于符合要求的確定的控制算法和組成輸送機的各零部件確定的位置和尺寸的大小，例如驅動，閘和飛輪，可由動態(tài)設計方法確定。 在這些設計方法中，也涉及動態(tài)分析，輸送帶可看作是一個

6、三維的彈性體。三維波動理論被用來研究大的局部受力傳輸的時間和沿輸送帶的干擾傳輸的位移[7]。 在這種理論中，輸送帶被劃分成一系列的有限元。 有限元一體化為有彈性的彈簧和塊。 有限元素的結構性特征能代表輸送帶的流變特征。 動態(tài)分析產生在動態(tài)操作時輸送帶產生的張力和能量消耗，例如在帶式輸送機啟動和制動時。</p><p>　　本文主要討論高速輸送機的設計，特別是使用高速輸送帶對輸送帶在能源消耗和安全系數要求方面的影響

7、。 使用高速輸送帶也要求輸送機的各零部件有高可靠性，例如托輥組應達到所要求的使用壽命。 高速帶式輸送機設計的另一個重要方面是高效率的裝料和卸載的合理安排。 這些方面在本文中將被簡單地討論。</p><p><b>　　2 帶速</b></p><p>　　2.1 傳送帶速度選擇</p><p>　　整體皮帶輸送機的最低成本在傳送帶寬度0.6

8、到1.0 m的系列范圍內[2]。 所要求的輸送量可以在這個傳送帶寬度范圍中選擇和也可以選擇符合輸送量要求的任何必要的輸送帶速度。 圖1例子顯示了傳送帶速度和傳送帶寬度的組合所達到的具體輸送機的輸送量。 在本例中假設，物料的容積密度是850 kg/m3 (煤炭)，并且槽形托輥的槽角和附加角分別為35 °和20 °。</p><p>　　圖1 ：各種輸送帶的寬度相對不同的輸送量的熟送帶的速度<

9、;/p><p>　　然而傳送帶速度選擇又被實際工作環(huán)境限制。 第一個方面是傳送帶的可成槽性，在圖1沒有給出與輸送帶強度(規(guī)定值)的聯系，這部分取決于輸送機的長度和海拔。 為使送帶的可成槽性被保證必須選擇傳送帶寬度和強度。 如果輸送帶沒有充足的可成槽性就不會有適當地運行軌跡。 這導致傳送帶連續(xù)運行的不穩(wěn)定，特別是高速傳送帶，這是不允許的。 通常，傳送帶制造者期待輸送機空載時，40%傳送帶寬度上進行著直線運行，并且與承載

10、托輥的正常接觸。</p><p>　　第二方面是空氣在傳送帶上相對疏松固體物料的速度（空氣相對速度)。 如果相對空速超出某些極限后灰塵將產生重要影響。 這特別是對礦井產生了潛在問題影響，因為礦井為了通氣存在向下氣流?？账俚南鄬O限取決于四周情況和粒狀材料特征。</p><p>　　第三個方面是帶式輸送機系統引起的噪聲。 隨著傳送帶速度的增加，噪聲級別也通常增加。 在住宅區(qū)噪聲級限于65dB

11、。 雖然噪聲級受輸送機的支持結構和輸送機的覆蓋層的設計的影響很大，這也是選擇輸送帶速度的一個限制因素。</p><p>　　2.2 輸送帶速度變化</p><p>　　帶式輸送機系統的能量消耗隨傳送帶速度的變化而變化，這將在第3部分中論述。 為了節(jié)省能量，傳送帶速度應調整與供料點的粒狀物料特性匹配。 如果傳送帶正在滿載運行，那么它應該運行在高(設計)速度。 傳送帶速度可以在物質(容量)輸

12、入點進行調整。 這將維持傳送帶在帶槽內的連續(xù)裝填和在傳送帶的連續(xù)的粒狀材料的裝載。 傳送帶帶槽在恒定的裝填時產生一個最優(yōu)的裝貨比率，并且每個輸送物料單元被期望消耗能源量最低。 比較各種傳送帶速度不同的輸送機能源消耗相差將近10% [8]。</p><p>　　與提供的各種粒狀物料流的相對應的不同的傳送帶速度有以下好處：</p><p>　　? 在裝載區(qū)的傳送帶有較少的磨損</p>

13、;<p><b>　　? 更低噪聲輻射</b></p><p>　　? 通過減少輸送帶的張力，可以避免傳送帶在凹面曲線的傳送帶的提升，也可以改善輸送帶的定位</p><p><b>　　不足包括：</b></p><p>　　? 驅動和制動系統的可控性的投資成本</p><p>　　?

14、 伴隨傳送帶速度變化的放電拋物線的變化</p><p>　　? 在一個輸送機系統中控制系統要求控制輸送機各個輸送部分</p><p>　　? 恒定的高速傳送帶的預緊力</p><p>　　? 在托輥的上恒定的大粒狀物料裝載</p><p>　　一個預先節(jié)能的分析將決定設計安裝更加昂貴，更加復雜的輸送機系統是否值得。</p>&l

15、t;p><b>　　3 能源消耗</b></p><p>　　客戶可能要求輸送機系統的能源消耗的規(guī)格，例如定量限制最大值kW-hr或ton/km，在計劃的線路上滿足運輸疏松固體物料的設計要求。 對于長距離運輸系統，能源消耗主要取決于托輥工作時所克服的壓力的抵抗力[9]。 這傳送帶抵抗力，依據經驗是由于托輥上的膠帶覆蓋層的黏彈性(被延遲的時間)在受壓時產生的。 對于廠內的帶式輸送機，在

16、受載區(qū)域運行時所受側抵抗也影響的能源消耗。 側抵抗包括發(fā)生在輸入點物料加速度的抵抗和在滑道的側面上的摩擦和抵抗。</p><p>　　皮帶輸送機的必需的推進力取決于總摩擦阻力和總物質提升力的總和。 摩擦阻力包括滯后損失，它可以認為作為黏摩擦(與速度有關)的組成部分。，但它不能在最大推動力時確定輸送機系統的能源消耗是否是合理。 比較不同的運輸系統的能源消耗的最佳的方法將比較他們的運輸效率。</p>&

17、lt;p><b>　　3.1 運輸效率</b></p><p>　　有很多方法比較運輸效率。 第一種，也是廣泛被運用的方法是比較等效摩擦因子，例如DIN f因素。 使用等效摩擦因子的好處是它可以看作是一條空載的傳送帶。 使用一個等效摩擦因子缺點是它不是‘單純的’效率數字。 它也考慮到傳送帶的質量，托輥的折算質量和被運輸的材料的質量。 一個單純的效率數字，僅考慮到被運輸物料的質量。&l

18、t;/p><p>　　第二個方法將比較運輸費用，如kw-hr或ton/km或者$/ton/km。 使用運輸費用的好處是這個數字因管理目的而廣泛應用。 使用運輸費用的缺點是它不直接地反映輸送機系統的效率</p><p>　　三、多數“單純的”方法是比較運輸中的損失因數[10]。 運輸損失因數是基于克服摩擦損失的推進力的要求和運輸工作之間的比率而定的 (忽略驅動效率和功率損失或者粒狀物料的上升/降

19、低的要求)。 運輸工作被定義為粒狀材料被運輸的數量和平均運輸速度。 使用運輸損耗因數的好處是他們可以與其他交通工具運輸比較損失因素，象卡車和火車。 缺點是運輸損耗因數取決于材料的被運輸的數量，暗示它不能認為是為一臺空載的皮帶輸送機。</p><p>　　下面列舉了一些運輸系統的運輸損耗因數來說明這個概念：</p><p><b>　　連續(xù)運輸：</b></p&g

20、t;<p>　　? 泥漿運輸大約為0.01</p><p>　　? 皮帶輸送機大約在0.01和0.1之間</p><p>　　? 振動的喂料機在0.1和1之間</p><p>　　? 氣力輸送機大約為10</p><p><b>　　不連續(xù)運輸：</b></p><p>　　? 船安

21、全系數 在0.001和0.01之間</p><p>　　? 火車約為0.01</p><p>　　? 卡車 約在0.05和0.1之間</p><p>　　3.2 滾筒抵抗力</p><p>　　對于長的陸上運輸系統，被完成的工作主要取決于克服滾筒抵抗力的能源消耗。滾筒被做成象鋼或鋁的相對地堅硬材料，而輸送帶的覆蓋層由橡膠或PVC的更軟的材料

22、制成。 因此輸送帶的底部覆蓋層傳送帶在滾筒上移動產生凹痕，這歸因于傳送帶的重量和粒狀物料的重量。 傳送帶的底部覆蓋層的壓縮部分的恢復，由于它的黏彈性將花費一些時間。輸送帶的底部覆蓋層在這個時延中將在傳送帶和滾筒之間產生了不對稱應力，看圖2。 這個抵抗抵抗力的合力的量稱為滾筒的抵抗力。 這力的大小取決于覆蓋層材料的黏彈性，滾筒的半徑，傳送帶的重力和疏松固體物料的重量和傳送帶在垂直平面的產生曲線的曲率半徑。</p><p

23、>　　圖2 ： 傳送帶和滾筒之間引起的不對稱應力[7]</p><p>　　知道滾筒的抵抗力與傳送帶速度的關系對適當的選擇傳送帶速度很重要 [11]。</p><p>　　圖3 ：典型膠面滾筒的損失因素[7]</p><p>　　首先，滾筒的抵抗力取決于作用在傳送帶的上的垂直載荷，是傳送帶和粒狀材料重量的總和。 如果在傳送帶的垂直面內裝載因數減少2那么滾筒抵抗

24、力隨之減少2.52。 可以認為輸送機的輸送能力是隨著傳送帶速度的增加而使大塊物料裝載隨之減少。 所以，隨著傳送帶速度的增加，滾筒的抵抗力會成比例減少。</p><p>　　其次，滾筒的抵抗力取決于槽型托輥的大小。 如果滾筒直徑因數增加2那么滾筒的抵抗力因數就會隨之減少1.58。 一般來說槽形托輥直徑隨著傳送帶速度的增加而增加，但也受到軸承必要的使用壽命的限制。 隨著傳送帶速度的增加，滾筒的抵抗力會減少。</

25、p><p>　　第三，滾筒的抵抗力取決于傳送帶的覆蓋層材料的黏彈性。 這些特性取決于變形率，看圖3。 在它的轉彎處的變形率取決于傳送帶覆蓋層的變形區(qū)域的大小(根據傳送帶和最大塊度)和傳送帶速度。 一般來說滾筒的抵抗力隨著變形率的增加而增加(圍繞速度)，但僅是一個相對地小的量。</p><p>　　第四，滾筒的抵抗力取決于傳送帶的覆蓋層的厚度。 如果后覆蓋層厚度增加因數2那么滾筒抵抗力隨之增加因

26、數1.26。 隨著傳送帶速度的增加，傳送帶覆蓋層的磨損量也增量，則滾筒抵抗力也增加。</p><p>　　應該體會滾筒抵抗力，雖然重要，不是唯一的速度依靠的阻力。例如槽形托輥的抵抗力取決于垂直的裝載和他們旋轉的速度。 垂直的裝載的作用，直接地取決于傳送帶速度，是主要方面。 旋轉的速度的作用影響較小。 另一抵抗力的產生是由于疏松固體物料在輸入點的加速度。 假設粒狀材料直接落在傳送帶上，這抵抗隨著傳送帶速度二次方地增

27、加。特別是廠內的皮帶輸送機， 這力的影響很小。 </p><p><b>　　例子</b></p><p>　　要說明上述被談論的概念讓我們考慮一條輸送量為5000 TPH的6 km長的傳送帶。槽形托輥角度，附加角度和物料密度各自取35 °， 20°和850 kg/m3。 圖4顯示達到必需的5000 TPH輸送量傳送帶寬度和傳送帶速度的關系。 這個

28、圖與圖1有些相似。</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　圖5和6顯示在固定輸送帶速度要求時傳送帶的強度和的驅動力的關系。 所需傳送帶驅動力減少，在圖中可以看出隨著傳送帶速度的增加，驅動力的增加，輸送帶強度下降。 圖7顯示不同傳送帶速度的損失因數和DIN f因數。 運輸損失因素總是高于DIN f因素，因為DIN f因素考慮傳送帶的體積(在分母)

29、，而運輸損失因素只考慮了疏松固體物料的體積。 直觀地，可以認為在高速傳送帶速度范圍將有經濟上最優(yōu)的傳送帶速度。然而最優(yōu)的傳送帶速度選擇，要求有更多信息并且它超出了本文的討論范圍之外。</p><p>　　3.3 橡膠化合物</p><p>　　滾筒的抵抗力取決于傳送帶的覆蓋層的黏彈特性，如前部分所述。 這暗示滾筒抵抗力可以通過選擇今天在市場上可利用的一種特別的滾筒覆蓋 (橡膠)化合物來減

30、少。使用這種特別化合物將增加一個小的成本，但是這個成本可以通過使用一種正常耐磨的化合物作為覆蓋層的上層覆蓋的來限制。 這個情況要求充分地利用底部化合物的節(jié)能作用。</p><p>　　滾筒的抵抗力的定量表征是這個滾筒抵抗顯示為tan/E ^1/3，其中棕褐色是損耗角和E化合物的存貯模數。 合理的滾筒抵抗力表現的化合物顯示在0.1以下。 圖8顯示典型的介質對優(yōu)良橡膠的顯示。在這個圖中也能被看出：一種具體橡膠化合物的

31、選擇在一定的工作環(huán)境溫度下對皮帶輸送機能源消耗的影響，。</p><p>　　必須做出一個評論(警告)。如果僅一位傳送帶制造商提供這個輸送帶，這種低滾筒抵抗力化合物的特別傳送帶就不應被選擇。 在那種情況下，使用時，只要選擇可以執(zhí)行輸送機系統要求與它的設計規(guī)格相符的傳送帶就可以。 選擇這種輸送帶制造商超過一位，那么選擇阻力上限被限制的輸送帶是更好的，花費的成本方面來說也是明智的， </p><p

32、>　　圖8 ： 在某溫度情況下滾筒在四種不同橡膠的抵抗顯示</p><p>　　4 安全因素的要求</p><p>　　為了滿足設計要求， DIN 22101， ISO 5048，和CEMA標準都提供傳送帶裝載可允許的安全系數(SF)的極限。 二種類型的安全系數是可以區(qū)分的： 穩(wěn)定連續(xù)運行時的安全系數和不穩(wěn)定運行時的安全系數。 一般來說在穩(wěn)定連續(xù)運行時的安全系數是依據以下要求給出的

33、：</p><p>　?。?）穩(wěn)定式(滿載和空載，夏天和冬天)和非穩(wěn)定式的傳送帶張力</p><p>　?。?）輸送帶的張力來自于水平和豎曲線的額外張力和變形，槽形截面的相變，輸送帶的轉彎，輸送帶在皮帶輪圍繞產生的變形。</p><p>　?。?）皮帶輸送機系統維護</p><p>　?。?）皮帶輸送機系統操作的數據包括每天工作的小時數、每年

34、工作的天數和工作年限</p><p>　?。?）輸送帶接頭的設計和疲勞特征包括那些傳送帶拉伸承載的構件(鋼絲繩或絲織物和橡膠的選擇</p><p>　　（6）接頭工具的存貯和裝卸。</p><p>　　所有這六個項目，當確定安全系數時，都應該被考慮到。</p><p>　　DIN標準建議把安全系數作為約簡因數。 DIN 22101標準使用三個

35、約簡因數。 第一(r0)通常是指針對針輸送帶強度（接合)約簡的疲勞因數。第二(r1)考慮傳送帶在轉彎區(qū)域和皮帶輪等產生的額外力。 三(r2)考慮在開始和停止期間，傳送帶產生的額外動態(tài)應力。 所需的極小的安全系數可以按下式進行計算：</p><p>　　SF=1/(1-(r0+r1+r2)) (1)</p><p>　　DIN標準也給三

36、個約簡因數的值。 例如，在“正常”工作狀態(tài)下的鋼絲繩傳送帶的值如下： r0>0.665， r1>0.15， r2>0.06，產生安全因素SF>8。</p><p>　　依據DIN標準設計的長距離帶式輸送機系統設計是完全可以應用的。但主要缺點是傳送帶速度選擇所依據的輸送機系統操作的數據和傳送帶的真正的疲勞性質沒有被考慮到。</p><p>　　這些因素應該被考慮，為了

37、達到傳送帶定制安全系數的要求，輸送機系統操作的數據應該被考慮到。 隨著裝載周期的增加，因數r1和r2是獨立于傳送帶的疲勞特性減少的。 假設，因數r0在10,000個載荷循環(huán)周期內隨裝載周期log1O線性地(傳送帶的發(fā)展隨著皮帶輸送機發(fā)展的)從0到0.665減少 (DIN標準的略計) ：</p><p>　　r0= 0.166 log10(N) (N<10.000) (2)

38、</p><p>　　式中N為載荷的循環(huán)次數。 超過10,000載荷次數周期r0增加。 現在假設，在設計的輸送機的長度10,000 m之下，輸送機一年工作5000個小時，有5年的使用壽命。 載荷循環(huán)周期的總數可以用下式計算：</p><p>　　N=[(3600 V)/(2L)]HY (3)</p><p>　　式中V

39、是輸送帶速度、L輸送機長度， H每年工作的小時的數和Y是預計工作年限。圖9是式(3)更形象化的說明。</p><p>　　圖9 ：給定的例子中載荷的循環(huán)次數對的傳送帶速度的影響</p><p>　　因數ro的減少值可以用式(2) 確定，并且載荷循環(huán)周期在圖9已給定。 結果如圖10顯示。</p><p>　　圖10 ：給定例子的DIN 22101標準中r0</p

40、><p>　　帶式輸送機的安全系數可以根據公式（1）和圖10確定，結果如圖11所示。</p><p>　　圖11 ： 所舉的例子所需安全因素的極小值</p><p>　　從圖11可以知道要保證以2 m/s速度穩(wěn)定運行的輸送機的設計所需的最小的安全系數約為7.5，在傳送帶運行速度為20 m/s.安全系數擴大為10。在安全系數允許范圍內考慮輸送帶的速度可以有效的防止高速設計

41、時估價過低和低速設計時估計過高(也取決于輸送機系統的長度)。</p><p>　　以上給定的圖表和數據僅說明這個過程。 這個過程可以通過考慮被測量的傳送帶拉伸運載的各組件(鋼繩子或織品)和橡膠的疲勞特性的優(yōu)化而被改善，還需要考慮傳送帶的實際載荷循環(huán)周期(空載，滿載，穩(wěn)定運行，開始和停止，夏天和冬天工作環(huán)境等)。</p><p>　　5 皮帶輸送機動力學</p><p&

42、gt;　　實質上皮帶輸送機的動力學性能不隨著傳送帶速度改變。 然而，隨著傳送帶速度的增加動力學的變化率增加，這也導致傳送帶連續(xù)運行穩(wěn)定性的降低。 本文不打算充分談論皮帶輸送機動力學。 在參考文獻[7]中這個題目被廣泛地討論。 無論怎樣，關于高速輸送機的動力學的一些注釋在這里需要提到。</p><p>　　當二個托輥組之間的傳送帶被一個托輥碾壓或在臨近固托輥的固有頻率運行時將產生振動，這將引起共鳴現象的發(fā)生。 共鳴

43、產生將增加的滾筒軸承的磨損和使得傳送帶能量消耗的增加，隨著橫向振動振幅的增加，輸送帶引起顫動，所以必須避免共振。 在高速傳送機系統中共鳴的作用將對輸送機的結構產生很大的破壞，例如共振將引起輸送帶速度的降低、毀壞以及軸承的磨損。因此設計皮帶輸送機時，應該避免共振的，并且要最大的利用現有的靜態(tài)設計方法，以便最經濟的設計帶式輸送機。</p><p>　　高速輸送機的輸送帶的運行軌跡必須良好。如果傳送帶沒有合適的運行軌跡

44、輸送帶將會隨著傳送帶速度的增加而跑偏，輸送帶向旁邊位移和向旁邊位移率隨著速度的增加而增加。必須恰當的被選擇傳送帶的寬度和強度以便保證好的驅動，可參看本文2.1部分。 并且傳送帶制造商應盡最大的努力做平直的傳送帶和制造更好的輸送帶接頭。 另外，制作長距離的傳送帶會減少接頭的數量而增加輸送帶平直性。</p><p>　　對于水平運輸的傳送帶曲線設計部分可以做出相似的結論。 隨著托輥改變的傳送帶的位置的變化主要依賴于由

45、于裝貨程度引起的皮帶張力變化。在(被中止的)起飛和(緊急狀態(tài))停止時，特別是在大張力變化期間傳送帶將向側面發(fā)生移動。 隨著傳送帶速度的增加，皮帶張力在開始和停止的期間的變化將增加。利用低速輸送機靜態(tài)設計方法可以確定最大的邊位移。 然而對于高速的輸送機，動態(tài)設計方法能符合要求的準確地估算邊位移。</p><p>　　除了開始和停止將花費更多時間外，正常操作的開始的和停止的過程不會對高速輸送機造成改變，。 然而緊急剎

46、車操作將會產生本質的改變。 一般來說，緊急剎車的過程可以通過停止驅動系統的運行，這樣可以使輸送機在短的時間內停止，并且，這樣不會損壞皮帶輸送機。 一臺長的陸上輸送機的典型的緊急剎車所需時間是30秒，也許時間對防止傷亡來說已經足夠短了。 然而高速輸送機的大量能量（二次方地增加隨著傳送帶速度的增加)不得不通過制動系統來轉化，所以這要求消耗更多的時間。所以，萬一緊急狀態(tài)發(fā)生，傷亡的機會更大。因此對于高速輸送機適當增加安全防護設備是非常重要的。

47、</p><p><b>　　6 托輥的選擇</b></p><p>　　高速皮帶輸送機托輥選擇的重要標準是托輥的直徑。 一般認為，與低速輸送機相比，高速輸送機的托輥的直徑將被增加，具體原因如下： </p><p>　　? 低速旋轉托輥軸承可以應用在滿足使用壽命的低速皮帶輸送機。 這暗示可以按著安全使用維護規(guī)程操作。托輥的直徑對托輥的性能有很

48、重要的影響。它與傳送帶速度相同，依據滾柱軸承的旋轉確定。 另外可允許操作溫度限制滾柱軸承速度。低摩擦的軸承類型和相應的低熱的軸承最適用于高速輸送機的操作。 當受純徑向載荷時深溝球軸承可以滿足輸送機的最高的速度要求，當受到復合載荷時選用角接觸軸承。</p><p>　　? 如果在傳送帶和托輥殼之間的存在滑移，托輥直徑將補償傳送帶的磨損。如果托輥的軸線方向不在輸送帶的方向上將產生滑移。</p><

49、p>　　? 托輥提供的滾動摩擦抵抗力和制動的轉矩將隨著托輥直徑的增加而減小。</p><p>　　增加托輥的直徑唯一缺點是托輥價格和托輥的慣性隨之增加。</p><p>　　托輥軸承的壽命將隨著托輥軸承的旋轉速度(和傳送帶速度有關)減少而增加。 軸承壽命與傳送帶速度成反比。它隨著載荷的增加成為第三力。 然而軸承壽命的限制因素，是潤滑脂的使用壽命而不是托輥的固有壽命。</p>

50、;<p>　　單個托輥的許用偏心量隨著輸送帶速度的增加成二次方地減少。當托輥的旋轉速度接近臨界速度時應盡量減少劇烈振動的風險。 這樣托輥的價格將會增加。</p><p><b>　　7 中轉站</b></p><p>　　高速帶式輸送機的設計的一個重要方面是高效率的供料和卸料。這減小了輸送帶覆蓋層的磨損和穩(wěn)定了輸送物料的流動，在實際操作中高速輸送機將設

51、計一個能對物料提供與輸送帶速度相同并且與傳送帶傳送方向相同的裝料裝置。</p><p>　　為了完成加速輸送帶的安裝可以采用這個方法。 加速輸送帶可以使用低成本織品或固體編織物。 因而要考慮加速輸送帶和大塊粒狀物料之間的摩擦。 另高速傳送帶裝載的方法是使用一個利用重力的彎曲的滑道系統迫使粒狀材料在傳送帶上以極小速度在適當的方向落到傳送帶上。</p><p>　　目前，基于離散元素的設計方法

52、(DEM)是可以模仿粒狀物料在傳送帶中轉站上的流動的[12]。 這些方法的應用使設計師可一依據粒狀物料的大小和物料流動的方向變化確定輸送帶速度的變化，也可以計算物料在滑槽和輸送帶上的力。并且可以優(yōu)化滑槽的設計安排使得傳送帶磨損達到最小，并且可以防止粒狀材料的分解。</p><p>　　同樣，高速傳送帶放電也應引起注意。 高速輸送帶鋼架的變形將使輸送物料分解破碎，造成塵土和細化了材料。 一個一體化的接收滑道上的灰塵

53、和細小物料特殊的收集貯倉或箱應該被設計。</p><p><b>　　8 結論</b></p><p>　　本文探討了高速皮帶輸送機的設計。 基于上述討論可以總結如下：</p><p>　　?給定輸送帶寬度，則輸送機的輸送量可以通過選擇符合要求的帶速來實現物料的流動率。 然而傳送帶速度選擇又受到實際應用條件的限制。疏忽這些考慮將導致實際操作中

54、出現問題，包括不穩(wěn)定運行和塵土量超標和高噪聲。</p><p>　　?不容易確定輸送帶速度和能量消耗之間的關系，部分是因為滾筒受壓的復雜計算，其中很大一部分是滾筒的抵抗力，這也涉及到很多橡膠化合物黏彈特性的詳細的知識。另外輸送帶的速度選擇與具有庫侖摩擦力的各組件、鋼和托輥軸承都有很大的關系。并且這種抵抗力也發(fā)生在中轉站，特別是高速帶式輸送機大塊物料的加速裝載段，這個抵抗力作用的很明顯。</p>&l

55、t;p>　　?在輸送帶使用壽命允許的應力循環(huán)周期內，依據穩(wěn)定運行時輸送帶的張力和其他操作數據選擇的安全系數將能有效的防止對輸送帶的疲勞壽命估計不足或過高估計。</p><p>　　?輸送機的速度對輸送機各組件象托輥，以及平曲線段和中轉站都有重要的影響。確切的說，動態(tài)設計可以設計出符合使用壽命和磨損特性要求的輸送機的組件和區(qū)段，包括托輥，輸送帶和槽形襯板。</p><p>　　總之：

56、設計高速帶式輸送機需要更藝術的設計方法！</p><p><b>　　附件B</b></p><p>　　esign of High Speed Belt Conveyors</p><p>　　G. Lodewijks, The Netherlands.</p><p><b>　　SUMMARY</b

57、></p><p>　　This paper discusses aspects of high-speed belt conveyor design. The capacity of a belt conveyor is determined by the belt speed given a belt width and troughing angle. Belt speed selection how

58、ever is limited by practical considerations, which are discussed in this paper. The belt speed also affects the performance of the conveyor belt, as for example its energy consumption and the stability of it's runnin

59、g behavior. A method is discussed to evaluate the energy consumption of conveyor belts by u</p><p>　　1 INTRODUCTION</p><p>　　Past research has shown the economical feasibility of using narrower,

60、 faster running conveyor belts versus wider, slower running belts for long overland belt conveyor systems. See for example [I]-[5]. Today, conveyor belts running at speeds around 8 m/s are no exceptions. However, velocit

61、ies over 10 m/s up to 20 m/s are technically (dynamically) feasible and may also be economically feasible. In this paper belt speeds between the 10 and 20 m/s are classified as high. Belt speeds below the 10 m/s</p>

62、;<p>　　Using high belt speeds should never be a goal in itself. If using high belt speeds is not economically beneficial or if a safe and reliable operation is not ensured at a high belt speed then a lower belt sp

63、eed should be selected.</p><p>　　Selection of the belt speed is part of the total design process. The optimum belt conveyor design is determined by static or steady state design methods. In these methods the

64、 belt is assumed to be a rigid, inelastic body. This enables quantification of the steady-state operation of the belt conveyor and determination of the size of conveyor components. The specification of the steady-state o

65、peration includes a quantification of the steady-state running belt tensions and power consumption for all</p><p>　　Design fine-tuning, determination of the optimum starting and stopping procedures, includin

66、g determination of the required control algorithms, and determination of the settings and sizes of conveyor components such as drives, brakes and flywheels, are determined by dynamic design methods. In these design metho

67、ds, also referred to as dynamic analyses, the belt is assumed to be a three-dimensional (visco-) elastic body. A three dimensional wave theory should be used to study time dependent transmi</p><p>　　This pap

68、er discusses the design of high belt-speed conveyors, in particular the impact of using high belt speeds on the performance of the conveyor belt in terms of energy consumption and safety factor requirements. Using high b

69、elt speeds also requires high reliability of conveyor components such as idlers to achieve an acceptable component life. Another important aspect of high-speed belt conveyor design is the design of efficient feeding and

70、discharge arrangements. These aspects will be discus</p><p>　　2 BELTSPEED</p><p>　　2.1 BELT SPEED SELECTION</p><p>　　The lowest overall belt conveyor cost occur in the range of belt

71、 widths of 0.6 to 1.0 m [2]. The required conveying capacity can be reached by selection of a belt width in this range and selecting whatever belt speed is required to achieve the required flow rate. Figure 1 shows an ex

72、ample of combinations of belt speed and belt width to achieve Specific conveyor capacities. In this example it is assumed that the bulk density is 850 kg/m3 (coal) and that the trough angle and the surcharge angle ar<

73、/p><p>　　Figure 1: Belt width versus belt speed for different capacities.</p><p>　　Belt speed selection is however limited by practical considerations. A first aspect is the troughability of the be

74、lt. In Figure 1 there is no relation with the required belt strength (rating), which partly depends on the conveyor length and elevation. The combination of belt width and strength must be chosen such that good troughabi

75、lity of the belt is ensured. If the troughability is not sufficient then the belt will not track properly. This will result in unstable running behavior of the belt, </p><p>　　A second aspect is the speed of

76、 the air relative to the speed of the bulk solid material on the belt (relative airspeed). If the relative airspeed exceeds certain limits then dust will develop. This is in particular a potential problem in mine shafts

77、where a downward airflow is maintained for ventilation purposes. The limit in relative airspeed depends on ambient conditions and bulk material characteristics.</p><p>　　A third aspect is the noise generated

78、 by the belt conveyor system. Noise levels generally increase with increasing belt speed. In residential areas noise levels are restricted to for example 65 dB. Although noise levels are greatly affected by the design of

79、 the conveyor support structure and conveyor covers, this may be a limiting factor in selecting the belt speed.</p><p>　　2.2 BELT SPEED VARIATION</p><p>　　The energy consumption of belt conveyor

80、 systems varies with variation of the belt speed, as will be shown in Section 3. The belt velocity can be adjusted with bulk material flow supplied at the loading point to save energy. If the belt is operating at full to

81、nnage then it should run at the high (design) belt speed. The belt speed can be adjusted (decreased) to the actual material (volume) flow supplied at the loading point. This will maintain a constant filling of the belt t

82、rough and a constant </p><p>　　Varying the belt speed with supplied bulk material flow has the following advantages:</p><p>　　Less belt wear at the loading areas</p><p>　　Lower nois

83、e emission</p><p>　　Improved operating behavior as a result of better belt alignment and the avoidance of belt lifting in concave curve by reducing belt tensions</p><p>　　Drawbacks include: <

84、/p><p>　　Investment cost for controllability of the drive and brake systems</p><p>　　Variation of discharge parabola with belt speed variation</p><p>　　Control system required for cont

85、rolling individual conveyors in a conveyor system</p><p>　　Constant high belt pre-tension</p><p>　　Constant high bulk material load on the idler rolls</p><p>　　An analysis should be

86、 made of the expected energy savings to determine whether it is worth the effort of installing a more expensive, more complex conveyor system.</p><p>　　3 ENERGY CONSUMPTION</p><p>　　Clients may

87、request a specification of the energy consumption of a conveyor system, for example quantified in terms of maximum kW-hr/ton/km, to transport the bulk solid material at the design specifications over the projected route.

88、 For long overland systems, the energy consumption is mainly determined by the work done to overcome the indentation rolling resistance [9]. This is the resistance that the belt experiences due to the visco-elastic (time

89、 delayed) response of the rubber belt cover to t</p><p>　　The required drive power of a belt conveyor is determined by the sum of the total frictional resistances and the total material lift. The frictional

90、resistances include hysteresis losses, which can be considered as viscous (velocity dependent) friction components. It does not suffice to look just at the maximum required drive power to evaluate whether or not the ener

91、gy consumption of a conveyor system is reasonable. The best method to compare the energy consumption of different transport systems</p><p>　　3.1 TRANSPORT EFFICIENCY</p><p>　　There are a number

92、of methods to compare transport efficiencies. The first and most widely applied method is to compare equivalent friction factors such as the DIN f factor. An advantage of using an equivalent friction factor is that it ca

93、n also be determined for an empty belt. A drawback of using an equivalent friction factor is that it is not a 'pure' efficiency number. It takes into account the mass of the belt, reduced mass of the rollers and

94、the mass of the transported material. In a pure e</p><p>　　The second method is to compare transportation cost, either in kW-hr/ton/km or in $/ton/km. The advantage of using the transportation cost is that t

95、his number is widely used for management purposes. The disadvantage of using the transportation cost is that it does not directly reflect the efficiency of a system.</p><p>　　The third and most "pure&qu

96、ot; method is to compare the loss factor of transport [10]. The loss factor of transport is the ratio between the drive power required to overcome frictional losses (neglecting drive efficiency and power loss/gain requir

97、ed to raise/lower the bulk material) and the transport work. The transport work is defined as the multiplication of the total transported quantity of bulk material and the average transport velocity. The advantage of usi

98、ng loss factors of transport is that t</p><p>　　The following are loss factors of transport for a number of transport systems to illustrate the concept:</p><p>　　Continuous transport: </p>

99、<p>　　Slurry transport around 0.01 </p><p>　　Belt conveyors between 0.01 and 0.1 </p><p>　　Vibratory feeders between 0.1 and 1 </p><p>　　Pneumatic conveyors around 1 0 </p

100、><p>　　Discontinuous transport: </p><p>　　Ship between 0.001 and 0.01 </p><p>　　Train around 0.01 </p><p>　　Truck between 0.05 and 0.1 </p><p>　　3.2 INDENTATI

101、ON ROLLING RESISTANCE</p><p>　　For long overland systems, the energy consumption is mainly determined by the work done to overcome the indentation rolling resistance. Idler rolls are made of a relatively har

102、d material like steel or aluminum whereas conveyor belt covers are made of much softer materials like rubber or PVC. The rolls therefore indent the belt's bottom-cover when the belt moves over the idler rolls, due to

103、 the weight of the belt and bulk material on the belt. The recovery of the compressed parts of the belt's bo</p><p>　　Figure 2: Asymmetric stress distribution between belt and roll [7].</p><p&